車(chē)輛防追尾預(yù)警剎車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

鮑偉亮 張曉壯 吳軻

摘 要：根據(jù)高速公路上汽車(chē)行駛狀態(tài)，任意選擇相鄰兩車(chē)建立防追尾模型、超車(chē)模型的仿真模型，分析模型中目標(biāo)車(chē)、跟隨車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及遇到緊急情況時(shí)的制動(dòng)過(guò)程，推導(dǎo)出兩車(chē)制動(dòng)后不發(fā)生碰撞的最小安全距離。通過(guò)信息傳輸延時(shí)、GPS 誤差、路面摩擦系數(shù)三個(gè)方面研究安全距離模型，為設(shè)計(jì)出一套高效智能預(yù)警自動(dòng)剎車(chē)裝置提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；防碰撞；仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.001

Abstract： According to the running state of the automobile on the highway， the simulation model of anti-rear-end collision model and overtaking model is established by randomly selecting two adjacent vehicles， the moving state of the target vehicle and the following vehicle and the braking process in case of emergency are analyzed， and the minimum safe distance without collision after braking is derived.The safe distance model is studied from three aspects of information transmission delay， GPS error and road friction coefficient， which provides feasibility for designing an efficient intelligent early warning automatic brake device.

Keywords： automobile；collision；the simulation

0 引言

汽車(chē)的普及為交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、日常出行等帶來(lái)了極大的便利，但由于天氣、地段等難以避免的因素，致使交通碰撞事故頻發(fā)，預(yù)防工作成為了重中之重。目前，國(guó)內(nèi)外推出了比較常見(jiàn)的防追尾預(yù)警系統(tǒng)，如CMBS防碰撞剎車(chē)輔助系統(tǒng)、Pre-Collision預(yù)碰撞系統(tǒng)等，但由于毫米波雷達(dá)易受干擾、系統(tǒng)成本高昂等原因，無(wú)法取得理想效果。

基于車(chē)車(chē)通信，從信息傳輸延時(shí)、GPS 誤差、路面摩擦系數(shù)三個(gè)方面研究含有防追尾模型、超車(chē)模型的安全距離模型，通過(guò)計(jì)算仿真分析，為智能車(chē)預(yù)警自動(dòng)剎車(chē)裝置生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

1 安全系統(tǒng)的組成

安全系統(tǒng)的組成如圖1所示，分別從信息采集、數(shù)據(jù)處理和報(bào)警系統(tǒng)三方面研究。

1.1 信息采集

不同路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)如表1所示，不同路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的影響是不同的。

實(shí)驗(yàn)選擇混凝土、瀝青、碎石和壓實(shí)地等四種常用路面進(jìn)行分析，如表2所示，歸納出各條件下的滾動(dòng)摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

建立路況數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)模糊分析天氣情況及路面情況，從大量的雜亂無(wú)章的難以理解的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對(duì)于研究事件來(lái)說(shuō)是有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)。

1.3 報(bào)警系統(tǒng)

警報(bào)：當(dāng)處于危險(xiǎn)工作期間時(shí)，系統(tǒng)預(yù)先發(fā)出警報(bào)，直至危險(xiǎn)消除。

執(zhí)行系統(tǒng)：當(dāng)達(dá)到極限危險(xiǎn)值時(shí)，駕駛員還未采取任何制動(dòng)措施時(shí)，安全系統(tǒng)介入制動(dòng)系統(tǒng)，強(qiáng)制車(chē)輛減速。

2 追尾模型

2.1 車(chē)輛位置圖

建立如圖2所示的車(chē)輛位置圖，A、B兩車(chē)同向行駛，當(dāng)二車(chē)距離小于安全距離后，緊急剎車(chē)無(wú)法阻止碰撞事件的產(chǎn)生，導(dǎo)致汽車(chē)追尾。

2.2 最大安全距離的確定

假設(shè)汽車(chē)質(zhì)量為m，路面摩擦系數(shù)為μ，

則最大制動(dòng)力Fmax=μmg （單位：N），最大制動(dòng)加速度amax=μg （單位：m/s2）。

分別從后車(chē)勻速行駛、加速行駛和減速行駛來(lái)對(duì)行駛路線進(jìn)行模擬，并計(jì)算安全距離。

（1）勻速行駛時(shí)

vA

vA=vB安全

vA>vB 危險(xiǎn)

當(dāng)后車(chē)速度大于前車(chē)時(shí)，兩車(chē)之間車(chē)距逐漸減小如圖3后車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)兩車(chē)的v-t曲線圖所示。

3 誤差分析

3.1 信息傳遞延時(shí)

與GPS接收機(jī)有關(guān)的誤差，包括接收機(jī)的位置誤差和接收機(jī)天線相位中心偏差。

3.2 系統(tǒng)傳輸延時(shí)

系統(tǒng)分析處理信息以可編程線延時(shí)芯片和單片機(jī)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)分析及傳輸需要一定的時(shí)間，進(jìn)而通過(guò)設(shè)計(jì)可編程控制系統(tǒng)，完成信息的傳輸，從中產(chǎn)生一些不可避免的時(shí)間誤差。

3.3 人為信息處理

人的正常反應(yīng)時(shí)間：一般人的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該在0.2 s以上，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該也不會(huì)低于0.1 s。

4 仿真模擬

4.1 實(shí)物模擬

模擬選用HSP無(wú)限1/16電動(dòng)有刷遙控車(chē)進(jìn)行檢測(cè)，分別模擬瀝青路、混泥土路兩種常見(jiàn)路面，得出如表5、表6數(shù)據(jù)。

根據(jù)已得數(shù)據(jù)可知，外界條件相同時(shí)，汽車(chē)以相同速度行駛在混凝土路面和瀝青路面上，前者所需的剎車(chē)距離更長(zhǎng)。這與信息采集部分得到的摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)差基本一致，證明在該實(shí)驗(yàn)條件下，數(shù)據(jù)結(jié)論成立。

5 結(jié)論與展望

該實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)信息傳輸延時(shí)、GPS 誤差、路面摩擦系數(shù)三個(gè)方面研究，結(jié)合仿真模擬，得出汽車(chē)剎車(chē)安全距離模型，為設(shè)計(jì)出一套高效智能預(yù)警自動(dòng)剎車(chē)裝置提供參考。當(dāng)然，限于實(shí)驗(yàn)條件，數(shù)據(jù)僅在實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件下成立，在今后的應(yīng)用中有待于精確度更高的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，以應(yīng)用于實(shí)際，造福大眾。

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